[发明专利]一种相控阵三维摄像声纳系统换能器阵列的幅相误差校正方法

权利要求书

1.一种相控阵三维摄像声纳系统换能器阵列的幅相误差校正方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）对第k个采样快拍的二维复采样数组，利用二维快速傅里叶变换获得归一化角频率的初始估计（）；

（2）基于初始估计（），对第k次采样快拍进行三步迭代计算，获得各个采样快拍内精度更高的归一化角频率的估计值（）；

（3）对K次采样快拍的归一化角频率的估计值（）进行算术平均，获得校正源方位的鲁棒估计（）；

（4）利用鲁棒估计（）和空域匹配滤波算法，估计换能器阵列中各换能器通道的幅相误差因子；

（5）利用幅相误差因子对各个换能器通道的复采样信号进行补偿，最后利用数字波束形成算法获得经过幅相误差校正的三维摄像声纳波束。

2.如权利要求1所述的相控阵三维摄像声纳系统换能器阵列的幅相误差校正方法，其特征在于，所述的幅相误差校正方法仅使用一个方位未知的远场校正源，且该远场校正源发射连续的窄带正弦信号。

3.如权利要求1所述的相控阵三维摄像声纳系统换能器阵列的幅相误差校正方法，其特征在于，所述步骤（1）中对第k个采样快拍的二维复采样数组做二维快速傅里叶变换，搜索得到二维快速傅里叶变换频谱的最大值，将该最大值对应的角频率作为归一化角频率的初始估计（）。

4.如权利要求1所述的相控阵三维摄像声纳系统换能器阵列的幅相误差校正方法，其特征在于，所述步骤（2）中的三步迭代计算的具体操作如下：

2-1、令i=1，M₁=M^0.8，N₁=N^0.8，利用式（1）和式（2）获得频率估计值（）：

u^k(i)=u^k(i-1)+12Mi2Im[A1Mi,Ni(k)BMi,Ni(k)]---(1)]]>

v^k(i)=v^k(i-1)+12Ni2Im[A2Mi,Ni(k)BMi,Ni(k)]---(2)]]>

其中，M为水平方向的换能器的数量；

N为垂直方向的换能器的数量；

A1Mi,Ni(k)=Σm=1MiΣn=1Ni{xk(m,n)×(m-M/2)×exp[-j(u^k(i-1)m+v^k(i-1)n)]}]]>

A2Mi,Ni(k)=Σm=1MiΣn=1Ni{xk(m,n)×(n-N/2)×exp[-j(u^k(i-1)m+v^k(i-1)n)]}]]>

BMi,Ni(k)=Σm=1MiΣn=1Ni{xk(m,n)×exp[-j(u^k(i-1)m+v^k(i-1)n)]}]]>

其中，m为换能器的水平索引号；

n为换能器的垂直索引号；

j为虚数单位；

x_k（m，n）表示在第k个采样快拍内，第（m，n）号换能器通道的复采样信号；

2-2、令i=2，M₂=M^0.9，N₂=N^0.9，利用式（1）和（2）获得频率估计值（）；

2-3、令i=3，M₃=M，N₃=N，利用式（1）和（2）获得频率估计值（）。

5.如权利要求1所述的相控阵三维摄像声纳系统换能器阵列的幅相误差校正方法，其特征在于，所述步骤（4）中的空域匹配滤波算法包括以下步骤：

4-1、依据鲁棒估计（），利用下式计算第k个采样快拍内校正源的发射信号

s^(kT)=1MNa(u·^,v·^)Hx(kT)]]>

其中，T为采样周期；

为鲁棒估计（）对应方位的理论导向向量；

表示理论导向向量的Hermitian转置；

x(kT)是第k个采样快拍内的一维采样向量；

4-2、利用下式计算受到幅相扰动影响的真实导向向量

α^=Σk=1Ks^(kT)*x(kT)Σk=1K|s^(kT)|2;]]>

4-3、利用下式计算得到幅相误差向量即得到各换能器通道的幅相误差因子：

其中，⊙表示向量的Hardmard乘积；

表示对理论导向向量按元素进行求逆操作。